Cell wall modifications in Saccharomyces cerevisiae wine yeast through adaptive laboratory evolution with Tebuconazole
- 作者
- Kevin Becerra, Verónica Plaza, Luis Castillo, Liliana Godoy
- 杂志
- Scientific Reports（2025）
- DOI
- 10.1038/s41598-025-11080-0
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
葡萄酒商业化面临农药残留问题；利用适应性实验室进化（ALE）以Tebuconazole为选择压力，获得细胞壁修饰的酿酒酵母变体，以增强对农药的耐受性并可能影响农药吸附。
研究策略
使用Tebuconazole作为选择压力进行适应性实验室进化（ALE），逐步提高浓度，获得三个变异株；比较变异株与原始菌株的细胞壁基因表达、细胞壁厚度和组成、对细胞壁干扰剂的敏感性以及在有农药存在时的发酵表现。
核心内容
本研究通过适应性实验室进化（ALE）以杀菌剂Tebuconazole为选择压力，对葡萄酒酿酒酵母YCPUC209进行逐步浓度递增培养，获得三个变异株YCPUC209A/B/C，旨在通过非转基因手段改善酵母细胞壁结构以增强农药耐受性并降低葡萄酒农药残留。与原始菌株相比，变异株YCPUC209C中细胞壁合成相关基因FKS1、FKS3、CHS3、SED1显著上调，其中CHS3表达达9.5倍，FKS2则下调至0.65倍。细胞壁表型分析显示，变异株细胞壁厚度增加22.2%（从88.35 nm增至106.16 nm），β-葡聚糖含量提高19%至54.99%，而几丁质和甘露聚糖分别减少40.8%和13%。变异株对Zymolyase表现出超敏性，存活率降至48.8%，提示细胞壁多糖交联方式发生改变。在含Buprofezin和Spirotetramat的培养基中，变异株发酵效率分别提高13.3%和7%，但在Tebuconazole存在下降低15.4%。结果表明ALE可有效重塑酵母细胞壁组成，增强对部分农药的耐受性，为开发低农药残留葡萄酒发酵菌株提供了可行策略。
创新点
1. 使用ALE非转基因方法获得细胞壁增厚和β-葡聚糖含量增加的酿酒酵母变体；2. 变体对Buprofezin和Spirotetramat的耐受性增强，发酵效率提高；3. 揭示了细胞壁成分变化与农药耐受性之间的关联，为减少葡萄酒农药残留提供新思路。
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae YCPUC209 | 细胞壁合成 | FKS1 | β-1,3-葡聚糖合酶催化亚基 Fks1p | 催化 | 在YCPUC209C变异株中相对表达量提高1.3倍，参与β-1,3-葡聚糖合成。 |
| Saccharomyces cerevisiae YCPUC209 | 细胞壁合成 | FKS2 | β-1,3-葡聚糖合酶催化亚基 Fks2p | 催化 | 在YCPUC209C变异株中相对表达量降低至0.652，功能与FKS1互补。 |
| Saccharomyces cerevisiae YCPUC209 | 细胞壁合成 | FKS3 | β-1,3-葡聚糖合酶 Fks3p | 催化 | 在YCPUC209C变异株中相对表达量提高1.5倍，具体功能尚不明确。 |
| Saccharomyces cerevisiae YCPUC209 | 细胞壁合成 | CHS3 | 几丁质合酶III Chs3p | 催化 | 在YCPUC209C变异株中相对表达量提高9.526倍，催化细胞壁几丁质合成。 |
| Saccharomyces cerevisiae YCPUC209 | 细胞壁合成 | SED1 | Sed1p细胞壁糖蛋白 | 区室化 | 在YCPUC209C变异株中过表达，编码细胞壁结构蛋白，参与细胞壁完整性。 |
关键发现
- 获得三个适应性进化变体YCPUC209A/B/C；其中YCPUC209C变体中FKS1、FKS3、CHS3、SED1基因过表达（CHS3
- 526倍、FKS1
- 3倍、FKS3
- 5倍），FKS2下调（0.652倍）；细胞壁厚度增加22.2%（106.16 nm vs
- 35 nm），β-葡聚糖含量增加19%（54.99% vs
- 196%），几丁质减少40.8%（3.714% vs
- 282%），甘露聚糖减少13%（41.295% vs
- 522%）；对Zymolyase超敏（存活率48.8% vs 73%）；在Buprofezin存在下发酵效率提高13.3%，Spirotetramat存在下提高7%，但Tebuconazole降低15.4%；总重量损失在处理中增加10.4 g/L（BU）和15.7 g/L（SP）。
研究结论
ALE可有效改变酿酒酵母细胞壁结构与组成，获得对部分农药耐受性提升的变体，有望用于降低葡萄酒农药残留。